En esta asignatura de carácter optativo, se aprende el funcionamiento y el uso de los códigos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, en ingles). El interés por los métodos numéricos en la ingeniería está aumentando, tanto en el ámbito científico como en el industrial, especialmente a medida que aumenta la capacidad de cálculo de los equipos, y son capaces de resolver modelos complejos como son las ecuaciones que gobiernan los flujos de fluidos.



El enfoque de la asignatura es aplicado, y su desarrollo requiere de conocimientos básicos de Mecánica de Fluidos y de Métodos Numéricos adquiridos en cursos previos. El trabajo que se desarrollará en esta asignatura permitirá a los y las estudiantes enfrentarse a una simulación de un problema de CFD y elegir los parámetros adecuados para obtener resultados satisfactorios en calidad y plazo determinados. Para ello, es necesaria la compresión básica del funcionamiento del Método de Volúmenes Finitos y de los diferentes enfoques de discretización de las ecuaciones de gobierno. La asignatura complementa el conocimiento adquirido a lo largo del Grado en Ingeniería Mecánica en una disciplina el pleno desarrollo como es la CFD y demandada por muy diversos sectores: Atomocion, Energías, Construccion…

1. Conocer, comprender y aplicar los conceptos de la ciencia y tecnología de la mecánica de fluidos computacional para poder adaptarse a nuevas situaciones. (C3)

2. Realizar mediciones, cálculos, estudios e informes sobre los parámetros de funcionamiento de los distintos tipos de instalaciones de fluidos. (C5)

3. Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe. (C10)

4. Adoptar una actitud responsable, ordenada en el trabajo y dispuesta al aprendizaje de los conceptos de la resolución numérica de problemas fluidodinámicos, considerando el reto que planteará la necesaria formación continua. (C12)

5. Aplicar las estrategias propias de la metodología científica: analizar la situación problemática cualitativa y cuantitativamente, plantear hipótesis y soluciones para resolver problemas de mecánica de fluidos. (C13)

6. Conocimientos y capacidades para aplicar las técnicas de ingeniería gráfica asistida por ordenador. (TEM 1)

7. Conocimientos aplicados de ingeniería térmica. (TEM3)

8. Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas. (TEM 6)

Resumen de contenidos: Solución de problemas de Mecánica de Fluidos abordados y resueltos mediante métodos numéricos, lo que implica el uso de sistemas de cálculo con ordenador.



Los contenidos teóricos:

1- Filosofía y campo de aplicación de la dinámica de fluidos computacional.

2- Ecuaciones que gobiernan el flujo Continuidad, cantidad de movimiento y energía.

3- Consideraciones matemáticas de las ecuaciones diferenciales Generalidades. Ecuaciones diferenciales hiperbólicas, parabólicas y elípticas. Simplificaciones de la ecuación de Navier-Stokes.

4- Técnicas de discretización preliminares Discretización. Aproximación de las derivadas. Exactitud del proceso de discretización. Aproximación implícita y explícita. Marco teórico: convergencia, estabilidad, exactitud de la solución.

5- Breves notas sobre la teoría de semejanza Significado físico de los números adimensionales.

6- Flujo turbulento Ecuaciones de Reynolds promediadas en el tiempo. Modelos de ecuaciones de la energía cinética turbulenta. Capa límite.

7- Métodos computacionales básicos aplicados a flujo incompresible Resolución de la ecuación de transporte. Métodos para resolver la función de corriente. Condiciones de contorno. Métodos para resolver la ecuación presión-velocidad.

8- Métodos computacionales básicos aplicados a flujo compresible Métodos para el tratamiento numérico de las ondas de choque.

9- Generación de mallados y transformaciones adecuadas de las ecuaciones

10- Flujo multifásico Aproximación euleriana y lagrangiana. Método VOF (volume of Fluid)



Los contenidos prácticos:

1- Aprendizaje a nivel de usuario de un código comercial de fluido-dinámica computacional.

2- Aplicación de los conceptos teóricos en ejercicios prácticos de simulación por ordenador de problemas de mecánica de fluidos reales. Comparación Ensayo en laboratorio vs. Simulación.

En esta asignatura se utilizan diversas metodologías de enseñanza, siendo la más utilizada la resolución de problemas. Se potenciará tanto el trabajo individual como por parejas, mediante el uso de recursos informáticos y bibliográficos que ayuden al alumnado a comprender los distintos aspectos de la materia.



Se impartirán clases magistrales de exposición de los contenidos conceptuales de la materia, con participación del alumnado en debates ocasionales sobre los mismos.



La resolución de cuestiones y problemas en el aula se realizará de forma participativa. Se proporcionarán problemas reales, lo que permitirá profundizar en el conocimiento teórico de la materia y relacionar la CFD con otras áreas afines. Se fomentará la formulación de cuestiones y la discusión abierta, de forma que el alumnado adquiera destrezas relacionadas con la comunicación oral, la capacidad de síntesis y el trabajo en equipo.



En las prácticas de ordenador se aplicaran los conceptos estudiados a casos reales utilizando un programa comercial de Dinámica de Fluidos Computacional.



Para facilitar y asegurar el aprendizaje del alumnado, se harán sucesivas entregas de informes de los problemas planteados. Se proporcionará feed-back de evaluación, de manera que los y las estudiantes tengan la oportunidad de tomar conciencia de su aprendizaje, así como de las formas de mejorarlo.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los estudiantes serán informados puntualmente.

• Sistema de Evaluación Continua
• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 10
  • Trabajos individuales (%): 10
  • Trabajos en equipo (resolución de problemas, diseño de proyectos) (%): 80

El alumnado será calificado mediante un proceso de evaluación continuada de las diferentes tareas desarrolladas a lo largo del curso de la siguiente manera:



1. Realización de Practicas (Tutoriales, Ejercicios) : 10%

2. Entregables de cuestiones y pequeños problemas: 10%

3. Proyectos, problemas y trabajos, individuales y en grupo. Tareas dirigidas (Trabajos de mayor complejidad bajo la dirección del profesorado): 80%



Se aplicarán los siguientes condicionantes:

1- Es necesaria la asistencia al 80% de las horas presenciales para poder ser calificado, de lo contrario se calificará como "no presentado".



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los estudiantes serán informados puntualmente.



Los alumnos que, al inicio del curso, justifiquen alguna de las causas recogidas en el artículo 43.1.c de la normativa de la EHU/UPV para la gestión de los estudios de grado, podrán obtener el 100% de la nota mediante un examen teórico-práctico.

Para los alumnos que hayan participado de la evaluación continuada, y no hayan superado la asignatura, se realizará una prueba final complementaria al trabajo realizado a lo largo del curso.



Para los alumnos que NO hayan participado en la evaluación continua, se podrá obtener el 100% de la nota mediante un examen teórico-práctico. En estos casos, es necesario contactar con el profesor al menos un mes antes de la fecha del examen.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los estudiantes serán informados puntualmente.

Apuntes de la asignatura.
Tablas y diagramas de mecánica de fluidos.
Star CCM+ User Guide

Bibliografía básica

FERNANDEZ ORO, J.M., "Técnicas Numéricas en Ingeniería de Fluidos", Ed. Reverté, 2012

Bibliografía de profundización

VERSTEEG, H.K. y MALALASEKERA, W.:"An Introduction to Computational Fluid Dynamics".Pearson, 1995, 2007.
ANDERSON, J.D.: "Computational Fluid Dynamics. The Basics with Applications". McGraw-Hill, 1995
CHUNG, T.J.: "Computational Fluid Dynamics". Cambridge University Press, 2002.
WILCOX, D.C: "Turbulence Modeling for CFD" ISBN 0-9636051-0-0. Library of Congress Cataloging in Publication Data, 1994.

Direcciones web

www.cfd-online.com
www.cd-adapco.com/products/star-ccm